专利名称：光学网络的维护的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信，尤其涉及光通信中所用的维护信号及类似信号。在本发明的一个例子中，光学网络的操作者对已经被网络的用户或客户调制过的一个或多个光载波进行调制。
光通信系统的用户通过以预定方式调制一个光载波而互相发送信号。光通信系统中除了用户通常发送和接收的信号外，还具有从光通信系统的一个位置发出到系统的另一个位置的另外信号而不与用户信号相干扰是有利的。例如，让光通信系统的操作者另外再在通信系统内的一个规定点上调制一个光载波，然后在它通过通信系统的一个或多个部分后，在另一个规定点上监测经调制的载波以识别并隔离系统中的故障。例如，见美国专利5296956和5317439所述。
为了保证现代全光学网络操作的正确和可靠，必须得连续地监控其不同节点和链路的性能，即与今天的电网络一样，在故障出现后能立即检测出并定位以利于迅速修复。理想情况下，这样的监控应该在光学网络的正常工作过程中连续进行而不中断或干扰沿网络传输的光信息信号。
而且，现代光学网络的每个链路上都用不同波长携带多个光信号。为了能让它们传输到各自指定的不同目的地(位置)，这些波分复用(wavelength-division-multiplexed)的光信息载波将在网络的某些节点上被分离及重新安排，如果必要，甚至还可能转换为不同的载波波长。这样复杂的网络需要用复杂的方案来跟踪各个不同的信息载波通过网络的正确(proper)的路由并同时监控节点和链路的性能。
前面引用的美国专利中描述了一种监控光学网络性能的方法，这种光学网络中连接网络不同节点的每条线路只携带一路光信息信号。在这种方案中，在网络的不同点中注入一个唯一且明确的光维护信号然后在网络的一个或多个中心位置上进行检测，这里光维护信号的波长可以与光载波的相同或不同。这种方法可得到网络中故障的明确检测及定位。
然而，在一个波复用的光学网络中可能不允许输入除了预定光载频以外波长上的附加光维护信号。更重要的是，由于它们不能有选择地沿着重新安排的光载波的不同路径传输，这种附加维护信号不监控不同载波的正确路由。所有进入或离开一个节点的复用的载波的幅度的共同同时调制提供了唯一的性能监控，但在每个节点上得重复很多次而且调制指数将会急速增长，最后严重妨碍信号的传输。而且，这种复用的光载波的共同调制也不允许端到端的监控以及跟踪它们通过网络的路由。
本发明提出了一种实用的方法，用于监控和跟踪多波长光学网络中的端到端的信号路由，以及用于对网络中的不同节点和链路进行连续的在线性能监控。该方法包括在不同的光信息载波进入网络和/或在网络中的第一节点上时用唯一的识别信号(即频率单音(frequency tones))单独标记它们的步骤。这通过用一个唯一识别载波光波长的频率单音来单独调制每一载波的特性如每一载波的幅度、相位、频率、偏振状态等来完成。这种低指数载波调制的频率优选位于光信息信号的信息频带外，这样当光载波离开网络时能将这种频率除去。频率单音也可以在网络的指定点上被替换或更新。
用一组经恰当选择的唯一的单音频率，例如一组正交单音，可通过用一种简单的监控检测方法简单监控低频调制信号使该方案允许对通过节点的不同载波的光波长进行明确的识别。另外，对于固定的预定的单音调制幅度，该方案同时提供了关于传输的光信息载波的相对强度及关于光信噪比的信息。这种特性在带串联光放大器的多波长光学网络中特别有用，其中放大器的增益必须调到与通过它的载波(波长)的数目相应。这有助于减少监控点的复杂度和成本。另外，单音识别符(identifiertone)的二次调制为所有通过网络的光载波的端到端信号的唯一识别创造了条件。二次调制可以是单音识别符的幅度、频率或相位的数字或模拟调制。在本发明的优选实施例中，单音识别符的频率被数字调制(频移键控)。二次调制可以携带关于通过网络的光路由(即路径，线路，节点，可选路由)的专门信息，以及另外的附加信息如信号初始位置及最终目的地。可以在网络中的任何节点，即在每一网络节点的前面、之后或可能的话甚至在每一网络节点的内部去监控单音识别符及附加信息以跟踪光信息载波的正确路由。不同的单音识别符频率为用单个监控检测电路来同时对波复用信号的不同附加信息进行检测和分离创造了条件。在网络的任一点上，单音识别符和/或它所携带的信息可用在同一单音上或在一个不同频率上的不同附加信息来替换。当信息载波的光波长被波长转换器或光频移器改变时，单音频率的这种变化是有利的。
根据本发明的一个实施例，提供一个用来给经一个信息信号调制的光载波加一个抖动信号的装置。该装置包括一个与经信息信号调制的光载波串联的具有一个输入口和一个输出口的抖动件。与抖动元件的输入口相连的是一个具有一个反相输入端，一个同相输入端和一个输出端的差分元件。一个用于产生要加到被调制的光载波上的所希望的抖动信号的信号发生器接到差分元件的同相输入端。一个反馈元件产生一个与抖动元件的输出相关的信号并将该与抖动元件的输出相关的信号送到差分元件的反相输入端。
图1示出了一个根据本发明原理的装置的原理图，该装置用于增加、去除或改变一个经一个信息信号调制息的光载波的单音识别符；图2示出了图1的发明的一个可选实施方式；图3示出了本发明的一个实施例，其中可以为增加、去除或改变多波长光线路中每一波长的每个单音识别符。
图1示出了本发明的一个实施例，其中给经信息信号调制的光载波加了一个单音识别符。抖动元件2(如强度调制器)与光载波4串联放置，光载波是经过一个信息信号调制的。用于把调制信息加到一个单波长信号上的合适的光强调制器包括，但不限于，电吸收调制器，电光调制器，磁光调制器，法布里—珀罗器件和机械光纤调制器。在本发明的一种典型实施方式中，光信息载波的光强被一个频率在10Hz到100KHz之间或更高的单音幅度调制，然后被数字附加信息进一步调制。幅度调制的调制指数优选为较小(典型情况下小于10％)以避免主要信息信号的过度降低。
差分放大元件7有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件2的一个输入端相连的输出端。从图1可看出，差分放大元件可由一个相加器6和一个用于提供合适增益的运算放大器/调节器8组成。信号发生器10产生要加到经调制的光载波上的所需的单音识别符和附加信息。单音发生器10接到差分元件7的同相输入端。反馈元件或监控器12(如一个光抽头和一个低速光二极管)可以通过产生一个与抖动元件2的输出相关的信号来监控调制到光载波上的单音识别符的调制指数。反馈元件12把该信号接到差分元件7的反相输入端，从而把抖动信号加到了光载波上。
在本发明的另一种实施方式中，用一个数字信号处理器来完成差分放大元件7和信号发生器10的功能。
图1所示的本发明的实施方式也可以用来从光载波上去除单音调制。在这种情况下，从反馈元件12来的负反馈被用于用信号调制器10赋与的单音调制以相反相位驱动强度调制器2，从而可以基本上除去强度调制。这当然会从某种程度上降低载波的平均光功率，然而，这可以用一个光放大器来补偿。
图2示出了本发明的一种可选的实施方式，其中将监控器12和信号发生器10的顺序反过来，从而使监控器12提供一个前馈信号，这样就可以从光载波中除去单音识别符。
总的说来，上面描述的本发明的实施方式只考虑了在假设没有另外载波进入调制器2的情况下的单个光载波的单音调制和单音消除。在存在多个载波的情况下，所有的载波都用同一个单音和相同的附加信息调制。然而，即使有多个波复用的载波同时通过一个光端口，通过在调制器2上使用波长选择光强度调制器，也可以把维护单音加到每个载波的任一个上或从中消除。这里的波长选择光强度调制器可以是，但不限于，如App.Phys.Lett.，1990年第56卷的第209-211页，D.A.Smith等著的“Polarization-Indepenedent Acoustically tunable Optical filter”中描述的声光器件。这种声光器件通常用作可调谐波长滤波器或波长选择信道插入/抽取(add/drop)元件，但是它可很容易地用作一个光强度调制器来把所选波长的少量可变光从直通输出端导向到(这儿未使用的)插入—抽取端口。实际上，这样一种器件可被用来用不同的单音和不同的附加信息来同时调制所有所传输的波长信道，这里每一个被调制的单音在一个频率为Fi的唯一的电载波上被编码，频率Fi用来调制波长λi＝ΔnVa/Fi的光载波，其中Δn＝nTE-nTM表示晶体中的双折射，Va是声速。可以根据如Appl.Phys.Lett.，1988年第53卷，第13-16页，Waraznski等所著的“Polarization-Independent Electro-OpticallyTunable Narrow-Band Wavelength filter”中所描述的电光可调谐光滤波设计出相似的波长选择调制器。
通过使用如上所述的波长选择调制器，每个这些单音识别符，与任何它们的可能的附加调制一起，可以在网络中的所需节点和链路上(甚至在那些不同的波长信道还未被去复用的位置上)被除去、刷新或改变。这有助于对每个信道的跟踪；还允许多波长光网络中的单音的重复使用。在图3中示出了一个允许给多波长光线路或链路中的每个波长增加、去除或改变多个标记单音的本发明的实施方式。该实施方式采用了一个如上所述的声光波长调制器。而且，本发明也可以采用任何其它类型的波长选择调制器。
附加信息可由单音的二次调制息来携带。标记每个波长载波的每个单音可以进一步被一个模拟或数字信号来调制。调制这些二次信息的优选方法是恒包络数字调制(Constant envelope digital modulation)方案，例如连续相位二进制频移键控(CP-BFSK)。恒幅度调制允许表示信号强度的单音幅度的保存，同时光器件的非线性不会对二次信息产生失真。这种在任何节点上都是易读、易写或易改变的二次调制信号可以携带关于通过网络的路径和光波长通过的具体节点的路由信息，这在诊断时很有用。
如果为不同载波的单音选取显著不同的频率(例如每个载波一个单音频率，最好是一组正交单音)，则在网络的任何点上都可很容易地监控单音。从而可以用一个光抽头和一个低速光检测器同时检测任何数量的波复用载波的不同单音并通过一个电网络分离它们，该电网络采用了调谐到各单音频率上的合适的频率滤波器。
权利要求
1.用于给经一个信息信号调制的光载波加一个抖动信号的装置，包括一个具有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制的光载波串联；一个差分元件，具有一个反相输入端，一个同相输入端和一个连接到抖动元件输入端的输出端；一个信号发生器，用于产生一个要加到经调制的光载波上的所期望的信号，该抖动信号发生器与差分元件的同相输入端相连；以及一个反馈元件，用于产生一个与抖动元件的输出相关的信号并将该与抖动元件的输出相关的信号连接到差分元件的反相输入端。
2.用于从经一个信息信号调制的光载波中去除抖动信号的装置，包括一个具有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制并包括一个抖动信号的光载波串联；一个差分元件，具有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件的输入端相连的输出端；一个信号发生器，用于产生一个接到差分元件同相输入端的恒电平信号；和一个反馈元件，用于产生一个与抖动元件的输出相关的信号并把该与抖动元件的输出相关的信号接到差分元件的反相输入端。
3.用于从经一个信息信号调制的光载波中再生抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，与一个经一个信息信号调制并包括一个抖动信号的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个连到抖动元件输入端的输出端；一个信号发生器，用于放大一个抖动信号的复制信号并把该放大的复制信号连到差分元件的同相输入端；和一个反馈元件，用于产生一个与抖动元件的输出相关的信号并把该与抖动元件的输出相关的信号连到差分元件的反相输入端。
4.用第二抖动信号来替换一个经一个信息信号调制的光载波中的第一抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，与一个经一个信息信号调制并包括第一抖动信号的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件输入端相连的输出端；一个信号发生器，用于产生第二抖动信号并把该第二抖动信号连到差分元件的同相输入端；和一个反馈元件，用于产生一个与抖动元件的输出相关的信号并把该与抖动元件的输出相关的信号连到差分元件的反相输入端。
5.用于有选择地往一个经一个信息信号调制的光载波中加一个抖动信号、去除其中的抖动信号、再生其中的抖动信号或改变其中的抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，与一个经一个信息信号调制的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件输入端相连的输出端；一个用于产生一个信号的信号发生器，这个由信号发生器产生的信号可选地导致把一个抖动信号加到一个经调制的光载波上、从经调制的光载波上去除一个抖动信号、再生经调制的光载波中的抖动信号、用第二抖动信号去替换经调制的光载波中的第一抖动信号，该信号与差分元件的同相输入端相连；和一个反馈元件，用于产生一个与抖动元件的输出相关的信号并把该与抖动元件的输出相关的信号连到差分元件的反相输入端。
6.往经一个信息信号调制的光载波中加一个抖动信号的方法，包括步骤生成一个要经加到一个经一个信息信号调制的光载波上的所期望的抖动信号；产生一个与抖动元件的输出相关的反馈信号，该抖动元件与经调制的光载波串联；产生一个关于所期望的抖动信号和反馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
7.从一个经一个信息信号调制的光载波中去除抖动信号的方法，包括步骤生成一个恒电平信号；产生一个与抖动元件的输出相关的反馈信号，该抖动元件与一个经一个信息信号调制的光载波串联；产生一个关于恒电平信号和反馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
8.从经一个信息信号调制的光载波中再生抖动信号的方法，包括步骤生成一个在一个经一个信息信号调制的光载波上的抖动信号的放大的复制信号；产生一个与抖动元件的输出相关的反馈信号，该抖动元件与经调制的光载波串联；产生一个关于放大的复制信号和反馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
9.用另外一个抖动信号来代替一个经一个信息信号调制的光载波中的抖动信号的方法，包括步骤生成一个关于抖动信号的信号，该抖动信号将用来替换已存在于一个经一个信息信号调制的光载波上的抖动信号；产生一个与抖动元件的输出相关的反馈信号，该抖动元件与一个经一个信息信号调制的光载波串联；产生一个关于反馈信号和在生成步骤中所产生的信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联。
10.有选择地往经一个信息信号调制的光载波中加一个抖动信号、去除其中的抖动信号、改变其中的抖动信号和再生其中的抖动信号的方法，包括步骤从一个要加到经一个信息信号调制的光载波上的抖动信号，一个恒电平信号，一个用来替换经调制的光载波中的另一抖动信号的抖动信号和一个经调制的光载波中的抖动信号的放大的复制信号中选取一个信号；产生一个与抖动元件的输出相关的反馈信号，该抖动元件与经调制的光载波串联；产生一个关于放大的复制信号和反馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
11.用于往经一个信息信号调制的光载波中加一个抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件的输入端相连的输出端；一个信号发生器，用于产生一个要加到经调制的光载波上的所期望的抖动信号，该抖动信号发生器与差分元件的同相输入端相连；和一个前馈元件，用于把抖动元件输入端的信号连到差分元件的反相输入端。
12.用于从经一个信息信号调制的光载波中去除抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制并包括一个抖动信号的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件的输入端相连的输出端；一个信号发生器，用于产生一个连到差分元件同相输入端的恒电平信号；和一个前馈元件，用于将抖动元件输入端的信号连接到差分元件的反相输入端。
13.用于再生一个在一个经一个信息信号调制的光载波中的抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制并包括一个抖动信号的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件的输入端相连的输出端；一个信号发生器，用于产生一个抖动信号的放大的复制信号并把该放大的复制信号与差分元件的同相输入端相连；以及一个前馈元件，用于把抖动元件输入端的信号连到差分元件的反相输入端。
14.用于用第二抖动信号来替换一个经一个信息信号调制的光载波中的第一抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制并包括第一抖动信号的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件输入端相连的输出端；一个信号发生器，用于产生第二抖动信号并把该第二抖动信号连到差分元件的同相输入端；和一个前馈元件，用于把抖动信息输入端的信号连到差分元件的反相输入端。
15.用于有选择地加一个抖动信号到一个经一个信息信号调制的光载波中、去除其中的抖动信号、再生其中的抖动信号或改变其中的抖动信号的装置，包括一个有一个输入端和一个输出端的抖动元件，它与一个经一个信息信号调制的光载波串联；一个差分元件，有一个反相输入端，一个同相输入端和一个与抖动元件的输入端相连的输出端；一个用于产生一个信号的信号发生器，由信号发生器产生的信号有选择地导致把一个抖动信号加到经调制的光载波上，从经调制的光载波中去除抖动信号，再生经调制的光载波中的抖动信号，用第二抖动信号去替换经调制的光载波中的第一抖动信号，该电信号发生器产生的信号与差分元件的同相输入端相连；和一个前馈元件，用于产生一个与抖动元件的输入相关的信号并把该与抖动元件输入相关的信号连到差分元件的反相输入端。
16.往经一个信息信号调制的光载波中加一个抖动信号的方法，包括步骤生成一个要经加到一个经一个信息信号调制的光载波上的所期望的抖动信号；产生一个与抖动元件的输入相关的前馈信号，该抖动元件与该经调制的光载波串联；产生一个关于所期望的抖于动信号和前馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
17.从经一个信息信号调制的光载波中去除抖动信号的方法，包括步骤生成一个恒电平信号；产生一个与抖动元件的输入相关的前馈信号，该抖动元件与一个经一个信息信号调制的光载波串联；产生一个关于恒电平信号和前馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
18.再生一个经一个信息信号调制的光载波中的抖动信号的方法，包括步骤生成一个经一个信息信号调制的光载波上的抖动信号的放大的复制信号；产生一个与抖动元件的输入相关的前馈信号，该抖动元件与该经调制的光载波串联；产生一个关于放大的复制信号和前馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
19.用另外一个抖动信号来替换一个经一个信息信号调制的光载波中的抖动信号的方法，包括步骤生成一个关于抖动信号的信号，该抖动信号将用来代替经一个信息信号调制的光载波中的现有抖动信号；产生一个与抖动元件的输入与相关的前馈信号，该拌动元件与一个经一个信息信号调制的光载波串联；产生一个关于前馈信号和生成步骤生成的信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制的光载波串联的抖动元件。
20.有选择地加一个抖动信号到一个经一个信息信号调制的光载波中，去除其中的抖动信号，改变其中的抖动信号和再生其中的抖动信号的方法，包括步骤从一个要加到经一个信息信号调制的光载波上的抖动信号，一个恒电平信号，一个用来替换经调制的光载波中的另一抖动信号的抖动信号和一个经调制的光载波中的抖动信号的放大的复制信号中选取一个信号；产生一个与抖动元件的输入相关的前馈信号，该抖动元件与经调制的光载波串联；产生一个关于放大的复制信号和前馈信号之间的差的信号；和响应差信号，控制与经调制光载波串联的抖动元件。
21.在一个多波长全光网络中监控性能和路由的方法，包括步骤在进入网络前，把唯一的低频单音识别符分别调制到每单个光载波上；在网络的各个位置上同时检测复用的光载波的单音识别符；在网络内再生单音识别符；和在网络的出口节点上去除单音识别符。
22.如权利要求21的方法，其中单音识别符用表示源、目的地和每个载波路径的二次附加信息来调制。
23.如权利要求22的方法，其中二次附加信息经数字调制。
24.如权利要求22的方法，其中检测步骤包括有选择地检测二次附加信息的步骤。
25.如权利要求21的方法，其中单音识别符的调制指数经设在规定值。
26.如权利要求22的方法，其中再生步骤包括用一个不同的二次附加信息来替换所述二次附加信息的步骤。
全文摘要
一种用来往经一个信息信号调制的光载波中加抖动信号的装置。该装置包括一个与经信息信号调制的光载波串联且具有一个输入端和一个输出端的抖动元件。有一个反相插入端，一个同相输入端和一个与抖动元件的输入端相连的输出端的差分元件。用来产生所期望的待加到该被调制的光载波上的抖动信号的信号发生器，它与差分元件的同相输入端相连。反馈元件产生一个与抖动元件的输出相关的信号并把该信号与差分元件的反相输入端相连。
文档编号H04B10/00GK1156359SQ96117950
公开日1997年8月6日 申请日期1996年12月25日 优先权日1996年12月25日
发明者莫哈莫德·T·费特海, 弗雷德·路德维格·海斯曼 申请人:美国电报电话公司